一种碳纳米管改性复合材固化层加固的古建筑木榫卯节点制造技术

本实用新型专利技术公开了一种碳纳米管改性复合材固化层加固的古建筑木榫卯节点，包括木柱，及通过榫卯节点连接木柱与木梁构成的木构架，在木构架的木柱与木梁垂直相交的外侧壁上包裹有加固层，所述加固层为碳纳米管改性复合材料溶液固化后形成的结构；加固层的厚度≥1.5mm。经固化层包裹后的古建筑木榫卯节点，在节点处至延伸段包裹长度达到300mm，具有一定的抗弯能力及良好的结构稳定和修旧如旧的美观性能。

An old building tenon joint strengthened by a carbon nanotube modified composite solidified layer

The utility model discloses a carbon nanotube modified composite curing layer reinforcement of ancient timber joints, including wooden pillars, and formed by mortise and tenon joint connection with wooden beams in the wooden frame, wooden frame and wooden beams perpendicular to the lateral wall is coated with a reinforcing layer, the reinforcing structure formation as a layer of carbon nanotube modified composite solution after curing; reinforcement layer thickness of 1.5mm. The length of the old wood tenon and mortise joint wrapped by solidified layer reaches 300mm at the node to the extension section. It has certain bending resistance and good structural stability and repair, such as the old aesthetic performance.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管改性复合材固化层加固的古建筑木榫卯节点
本技术属于古建筑木结构加固修缮领域，具体涉及一种用碳纳米管改性复合材固化层加固的古建筑木榫卯节点。适合传统木结构古建筑榫卯节点加固修缮需求。
技术介绍
中国古建筑以木结构为主，具有悠久的历史、文化和艺术价值，保护意义重大。古建筑的主要连接工艺榫卯连接则是不需一钉一铁依靠多种榫头形式与卯口的搭架满足房屋各处结构承载及功能使用的需求，榫卯节点为典型的半刚性连接，从而使得各节点刚柔相济，具有一定的抗弯能力及良好的抗震性能。然而古建筑木结构在长时间受荷和自然环境的侵蚀下容易产生开裂、糟朽、挠度、拔卯等问题。并且在地震作用等因素下容易发生松动变形,产生无法自动恢复的残余变形，进而造成整体结构的失稳，严重威胁着结构的安全。因此，榫卯节点是古建筑木结构修缮加固的重点部位。古建筑的修复不同于现代建筑，还需要满足“修旧如旧”的目的，重复多次修缮可能会对建筑本身造成一定的破坏。传统的古建筑榫卯节点加固方式有：U型铁箍加固、外包扁钢加固、扒钉加固、等。这些加固方式在限制榫卯间相对位移时产生一定的耗能能力，但其加固方式产生的残余变形大，且不能达到结构自复位的效果，在长期荷载作用下，不能保证建筑的自身结构稳定和修旧如旧的美观性能。此外，采用抗拉强度大的碳纤维布加固，缺点是碳纤维布为零阻尼材料，脆性强，延性差，一旦开裂则无法保证结构安全。
技术实现思路
针对以上
技术介绍
存在的缺陷或不足，本技术的目的在于提供一种碳纳米改性复合材料固化层加固的古建筑大木构架榫卯节点，解决现有榫卯节点加固方式中存在的残余应变过大的问题，提高了榫卯节点的抗弯、抗剪能力，大幅度提高了节点的耗能性能。本技术的目的是通过下述技术方案来实现的。根据本技术提供的一个实施例，本技术提供了一种碳纳米管改性复合材固化层加固的古建筑木榫卯节点，包括木柱，及通过榫卯节点连接木柱与木梁构成的木构架，在木构架的木柱与木梁垂直相交的外侧壁上包裹有加固层，所述加固层为碳纳米管改性复合材料溶液固化后形成的结构。作为优选，所述加固层为碳纳米管改性复合材料溶液两次固化后形成的双层结构。作为优选，所述木柱为圆柱形，所述木梁为矩形，加固层沿木柱与木梁垂直相交的木柱圆周至木梁的矩形四个面全覆盖。进一步，所述加固层的厚度≥1.5mm。进一步，所述加固层沿圆柱形木柱包裹的长度为上下面节点处至木柱远端方向300mm。进一步，所述加固层沿矩形木梁包裹的长度为由榫卯节点向木梁横向中点方向300mm。与现有技术相比，碳纳米管(CNT)具有比碳纤维更强的强度和刚度，在未达到断裂强度时，其材料有良好的自修复性能，在开裂强度的范围内，碳纳米管的修复程度可达到95％以上。碳纳米管自身拥有纳米级界面摩擦耗能。基于碳纳米管优异的力学性能和微观结构，将碳纳米管加入榫卯节点可以很大程度上可以提高其力学性能。对于有一定腐烂的木材，碳纳米管环氧树脂复合材料的渗透效果更好，修复效果也优于一般的木材。碳纳米管的自身结构决定了其自身分散能力差，容易发生团聚现象，很难长时间在溶液中悬浮，受剪切时容易和基体产生相对滑移，影响材料的使用性能。经过表面活性剂的表面改性后，碳纳米管表现出好的分散性和加工性，并且在木柱与木梁垂直相交的木柱圆周至木梁的矩形四个面全覆盖，加固层的厚度≥1.5mm时，通过对榫卯节点在包裹的长度上作出包裹，能够达到于榫卯节点的加固。本技术施工维修方便，显著降低了古建筑木结构的维修成本，具有一定的经济效益。附图说明图1是本技术未加固梁结构示意图；图2是本技术加固后的效果图；图3是本技术加固结构在梁柱节点处构造详图；图中的附图标记分别表示：1、木柱；2、木梁；3、加固层；4、虫洞、糟朽等可视破坏。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。如图2、3所示，本榫卯节点包括木柱1，及通过榫卯节点与木柱1连接的木梁2构成的木构架，其中：在木构架的木柱1与木梁2之间垂直相交的外侧壁上包裹有加固层3，加固层3为碳纳米管改性复合材料溶液固化后形成的结构。通过浸入碳纳米改性环氧树脂复合材溶液固定，浸入溶液深度以其充满虫洞、糟朽等可视破坏4为准，见图1所示。下面给出一个具体实施例来进一步说明本结构。本次实验装置的榫卯节点连接的木架结构模型为木柱R＝210mm，h＝1000mm的圆柱，及横梁截面为120mm×180mm的矩形。下面给出了固化层溶液的制备，但该溶液的制备不在本技术保护范围内，仅用于说明固化层形成过程。首先将聚集状态的碳纳米管用玛瑙研钵研磨后，和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠制成按一定的比例混入溶剂丙酮中，在塑料杯中搅拌均匀后超声分散1小时，再将环氧树脂加入到分散后的碳纳米管悬浮液中，搅拌均匀，超声分散2小时将装有混合物悬浮液的塑料杯放在60℃的水浴中，搅拌蒸发溶剂蒸发完后，加入聚酞胺，搅拌均匀将混合物放在真空干燥箱中抽真空除气将混合液浇入不锈钢模具中，放入干燥箱中60℃加热固化48小时。加固层沿木柱1与木梁2垂直相交的木柱1圆周至木梁2的矩形四个面全覆盖。并且固化层在由榫卯节点向木梁横向中点方向约300mm处；与木柱上下上下面节点处沿柱远端方向约300mm。待第一层碳纳米管改性环氧树脂复合材溶液形成固化层后，同样方法再次浸入溶液固化，重复2次。加固层经碳纳米管改性复合材料溶液两次固化后形成双层结构。本技术由浸入溶液固化后形成加固层厚度达1.5mm，经固化层包裹后的古建筑木榫卯节点，在节点处至延伸段包裹长度达到300mm，具有一定的抗弯能力及良好的结构稳定和修旧如旧的美观性能。以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管改性复合材固化层加固的古建筑木榫卯节点，包括木柱(1)，及通过榫卯节点连接木柱(1)与木梁(2)构成的木构架，其特征在于：在木构架的木柱(1)与木梁(2)垂直相交的外侧壁上包裹有加固层，所述加固层为碳纳米管改性复合材料溶液固化后形成的结构。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管改性复合材固化层加固的古建筑木榫卯节点，包括木柱(1)，及通过榫卯节点连接木柱(1)与木梁(2)构成的木构架，其特征在于：在木构架的木柱(1)与木梁(2)垂直相交的外侧壁上包裹有加固层，所述加固层为碳纳米管改性复合材料溶液固化后形成的结构。2.根据权利要求1所述的碳纳米管改性复合材固化层加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：所述加固层为碳纳米管改性复合材料溶液两次固化后形成的双层结构。3.根据权利要求1所述的碳纳米管改性复合材固化层加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：所述木柱(1)为圆柱形，所述木梁(2)为矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张欣悦，张锡成，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61